Da dove viene l'oro, il prezioso metallo ambito dai mortali attraverso i secoli, vieni da? Come, dove e quando è stato prodotto? Ultimo agosto, un'unica osservazione astrofisica ci ha finalmente fornito la chiave per rispondere a queste domande. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati il ​​16 ottobre 2017.

L'oro preesiste alla formazione della Terra:ecco cosa lo differenzia, Per esempio, diamante. Per quanto prezioso possa essere, questa pietra preziosa nasce dal semplice carbone, la cui struttura atomica è modificata dall'enorme pressione della crosta terrestre. L'oro è totalmente diverso:le forze più forti nel mantello terrestre non sono in grado di modificare la composizione del suo nucleo atomico. Peccato per gli alchimisti che sognavano di trasformare il piombo in oro.

Eppure c'è oro sulla Terra, sia nel suo nucleo profondo, dove è migrato insieme ad elementi pesanti come piombo o argento, e nella crosta del pianeta, che è dove estraiamo questo metallo prezioso. Mentre l'oro nel nucleo era già lì alla formazione del nostro pianeta, che nella crosta è per lo più extraterrestre ed è arrivato dopo la formazione della Terra. È stato portato da una gigantesca pioggia di meteoriti che ha bombardato la Terra (e la Luna) circa 3,8 miliardi di anni fa.

Formazione di elementi pesanti

Come viene prodotto l'oro nell'universo? Gli elementi più pesanti del ferro, compreso l'oro, sono in parte prodotti dal S processo durante le ultime fasi di evoluzione delle stelle. È un processo lento ( S sta per slow) che opera nel nucleo delle cosiddette stelle AGB, quelle di massa bassa e intermedia (meno di 10 masse solari) che possono produrre elementi chimici fino al polonio. L'altra metà degli elementi pesanti è prodotta dal R processi ( R sta per rapido). Ma il luogo in cui avviene questo processo di nucleosintesi è rimasto a lungo un mistero.

Per comprendere la scoperta resa possibile dal 17 agosto, 2017, osservazione, dobbiamo capire la scientifica status quo che esisteva prima. Da circa 50 anni, l'assunto dominante nella comunità scientifica era che il R processo ha avuto luogo durante l'esplosione finale di stelle massicce (gli specialisti parlano di una supernova con collasso del nucleo). Infatti, la formazione di elementi leggeri (quelli fino al ferro) implica reazioni nucleari che assicurano la stabilità delle stelle contrastando la contrazione indotta dalla gravità. Per gli elementi più pesanti – quelli del ferro e non solo – è necessario aggiungere energia o intraprendere percorsi ben precisi, come il S e R processi. I ricercatori credevano che il R processo potrebbe verificarsi nella materia espulsa dall'esplosione di stelle massicce, catturando una parte dell'energia rilasciata e partecipando alla disseminazione di materiale nel mezzo interstellare.

Nonostante la semplicità di questa spiegazione, la modellizzazione numerica delle supernove si è rivelata estremamente complicata. Dopo 50 anni di sforzi, i ricercatori hanno appena iniziato a comprenderne il meccanismo. La maggior parte di queste simulazioni purtroppo non fornisce le condizioni fisiche per il R processi.

Queste condizioni sono comunque abbastanza semplici:servono molti neutroni e un ambiente molto caldo.

Fusione di stelle di neutroni

Nell'ultimo decennio o giù di lì, alcuni ricercatori hanno iniziato a studiare seriamente uno scenario alternativo del sito di produzione degli elementi pesanti. Hanno concentrato la loro attenzione sulle stelle di neutroni. Come si addice al loro nome, costituiscono un gigantesco serbatoio di neutroni, che vengono rilasciati occasionalmente. Il più forte di questi rilasci si verifica durante la loro fusione, in un sistema binario, chiamato anche kilonova. Ci sono diverse firme di questo fenomeno che fortunatamente sono state osservate il 17 agosto:un'emissione di onde gravitazionali che culmina una frazione di secondo prima della fusione finale delle stelle e un lampo di luce altamente energetica (noto come un lampo di raggi gamma) emesso da un getto di materia che si avvicina alla velocità della luce. Sebbene queste esplosioni siano state osservate regolarmente per diversi decenni, è solo dal 2015 che le onde gravitazionali sono rilevabili sulla Terra grazie agli interferometri Virgo e LIGO.

Il 17 agosto resterà una data importante per la comunità scientifica. Infatti, segna la prima rilevazione simultanea dell'arrivo di onde gravitazionali – la cui origine nel cielo è stata abbastanza ben identificata – e di un lampo gamma, la cui origine era anche abbastanza ben localizzata e coincideva con la prima. Le emissioni di raffiche di raggi gamma sono concentrate in un cono stretto, e la fortuna degli astronomi fu che questo fu emesso nella direzione della Terra.

Nei giorni successivi, i telescopi analizzarono continuamente la luce di questa kilonova e trovarono conferma della produzione di elementi più pesanti del ferro. Sono stati inoltre in grado di stimare la frequenza del fenomeno e la quantità di materiale espulso. Queste stime sono coerenti con l'abbondanza media degli elementi osservati nella nostra galassia.

In una sola osservazione, l'ipotesi che finora ha prevalso – di a R processo che si verifica esclusivamente durante le supernovae – è ora seriamente in discussione ed è ormai certo che il R processo avviene anche in kilonovae. Resta da determinare il rispettivo contributo di supernovae e kilonova alla nucleosintesi degli elementi pesanti, e si farà con l'accumulo di dati relativi alle prossime osservazioni. La sola osservazione del 17 agosto ha già permesso un grande progresso scientifico per la comprensione globale dell'origine degli elementi pesanti, compreso l'oro.

Una nuova finestra sull'universo

Una nuova finestra sull'universo è stata appena aperta, come il giorno in cui Galileo mise a fuoco il primo telescopio sul cielo. Gli interferometri Virgo e LIGO consentono ora di "sentire" i fenomeni più violenti dell'universo, e immense prospettive si sono aperte agli astronomi, astrofisici, fisici delle particelle e fisici nucleari. Questo risultato scientifico è stato possibile solo grazie alla fruttuosa collaborazione tra nazioni altamente favorevoli, in particolare gli Stati Uniti, Germania, Francia e Italia. Come esempio, esiste un solo laboratorio al mondo in grado di raggiungere la precisione richiesta per gli specchi riflettenti laser, LMA a Lione, Francia. Nuovi interferometri sono in fase di sviluppo in Giappone e India, e questo elenco sarà sicuramente presto più lungo date le enormi scoperte previste per il futuro.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.